低功耗双路nanoDACs：AD5627R/AD5647R/AD5667R及AD5627/AD5667的深度解析

在电子设计领域，数模转换器（DAC）是连接数字世界和模拟世界的关键桥梁。今天，我们将深入探讨Analog Devices公司的AD5627R/AD5647R/AD5667R以及AD5627/AD5667这一系列低功耗双路nanoDACs，它们在众多应用场景中展现出了卓越的性能。

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一、产品概述

AD5627R/AD5647R/AD5667R和AD5627/AD5667属于nanoDAC家族，是低功耗、双路、12位、14位、16位的缓冲电压输出DAC。这些器件可在2.7V至5.5V的单电源下工作，设计上保证了单调性，并且具备I2C兼容的串行接口。

1. 特性亮点

• 低功耗与小封装：采用3mm x 3mm LFCSP和10引脚MSOP封装，是引脚兼容的双路nanoDAC，功耗低，非常适合便携式设备。
• 分辨率选择：提供12位、14位和16位分辨率，可满足不同应用对精度的要求。
• 参考源多样：AD5627R/AD5647R/AD5667R具备片上1.25V/2.5V、5 ppm/°C的参考源；而AD5627/AD5667则需要外部参考源。
• 多种功能特性：具备上电复位至零刻度、每通道掉电功能、硬件LDAC和CLR功能，I2C接口支持标准（100 kHz）、快速（400 kHz）和高速（3.4 MHz）模式。

2. 应用领域

这些DAC广泛应用于过程控制、数据采集系统、便携式电池供电仪器、数字增益和偏移调整、可编程电压和电流源以及可编程衰减器等领域。

二、技术规格参数

1. 静态性能

不同型号的分辨率有所不同，如AD5667R/AD5667为16位，AD5647R为14位，AD5627R/AD5627为12位。在相对精度和差分非线性方面，设计上保证了单调性。此外，还给出了零码误差、偏移误差、满量程误差、增益误差等参数。

2. 交流特性

输出电压建立时间方面，不同型号有所差异，例如AD5627R/AD5627在¼至¾量程内建立到±0.5 LSB的时间为3至4.5 μs。同时，还给出了压摆率、数模毛刺脉冲、数字馈通、参考馈通、数字串扰、模拟串扰、DAC间串扰、乘法带宽和总谐波失真等参数。

3. I2C时序规格

详细规定了不同模式（标准、快速、高速）下的串行时钟频率以及各种时序参数，如SCL高电平时间、低电平时间、数据建立时间、数据保持时间等。

4. 绝对最大额定值

明确了器件的各项极限参数，包括电源电压、输出电压、参考输入/输出电压、数字输入电压、工作温度范围、存储温度范围、结温、功耗和热阻等。同时提醒用户，超过这些额定值可能会对产品造成永久性损坏。

三、工作原理

1. D/A部分

这些DAC采用CMOS工艺制造，架构由电阻串DAC和输出缓冲放大器组成。使用外部参考源时，理想输出电压为 (V{OUT }=V{REFIN } timesleft(frac{D}{2^{N}}right)) ；使用内部参考源时，理想输出电压为 (V{OUT }=2 × V{REFOUT } timesleft(frac{D}{2^{N}}right)) ，其中D为加载到DAC寄存器的二进制代码的十进制等效值，N为DAC分辨率。

2. 电阻串

电阻串由一系列阻值为R的电阻组成，加载到DAC寄存器的代码决定了从电阻串的哪个节点提取电压输入到输出放大器，保证了单调性。

3. 输出放大器

输出缓冲放大器可产生轨到轨的输出电压，输出范围为0V至VDD，能够驱动2kΩ与1000pF并联到地的负载，压摆率为1.8 V/μs，¼至¾量程的建立时间为7 μs。

4. 内部参考源

AD5627R/AD5647R/AD5667R具备片上参考源，上电时参考源关闭，可通过写入控制寄存器启用。不同封装的参考源电压不同，10引脚LFCSP封装为1.25V，10引脚MSOP封装为2.5V。使用内部参考源时，建议在参考输出和地之间放置100nF电容以保证参考源稳定性。

5. 外部参考源

AD5627/AD5667需要外部参考源，通过VREFIN引脚施加。AD5627R/AD5647R/AD5667R的VREFIN引脚也允许在需要时使用外部参考源。

6. 串行接口

采用2线I2C兼容的串行接口，支持标准、快速和高速数据传输模式。每个器件都有7位从地址，其中5个最高有效位为00011，2个最低有效位由ADDR引脚状态设置。通过I2C总线，主设备可以对这些DAC进行读写操作。

四、操作模式

1. 写入操作

写入时，主设备先发送起始命令和地址字节（R / (overline{W}=0) ），DAC通过拉低SDA表示准备接收数据。然后主设备发送命令字节和两个数据字节，最后发送停止条件。

2. 读取操作

读取时，主设备先发送起始命令和地址字节（R / (overline{W}=1) ），DAC通过拉低SDA表示准备发送数据。主设备读取三个数据字节，最后发送停止条件。

3. 高速模式

AD5627RBRMZ和AD5667RBRMZ支持3.4 MHz的高速串行通信。主设备通过发送主代码00001XXX启动高速模式，之后设备进入高速模式，直到主设备发送停止条件或激活CLR引脚，设备才返回标准/快速模式。

4. 多字节操作

支持多字节操作，通过设置命令寄存器中的S位（DB22）可选择2字节或标准3字节、4字节操作模式。

5. 广播模式

支持广播寻址，可同步更新或掉电多个AD5627R/AD5647R/AD5667R、AD5627/AD5667设备。广播地址为00010000，仅支持写模式。

6. LDAC功能

DAC采用双缓冲接口，由输入寄存器和DAC寄存器组成。LDAC引脚控制对DAC寄存器的访问，当LDAC为高电平时，DAC寄存器锁存；当LDAC为低电平时，DAC寄存器透明，输入寄存器的内容传输到DAC寄存器。通过设置LDAC寄存器，用户可以灵活控制哪些通道同步更新。

7. 掉电模式

通过命令100设置掉电模式，通过设置Bit DB5和Bit DB4定义DAC放大器的输出状态，Bit DB1和Bit DB0确定掉电命令应用到哪些DAC。掉电模式下，电源电流降至480 nA，输出级内部切换到已知阻值的电阻网络。

8. 上电复位和软件复位

器件包含上电复位电路，上电时输出为0V，直到进行有效的写入操作。软件复位命令为101，通过设置输入移位寄存器中的Bit DB0可选择不同的复位模式。

9. 清除引脚（CLR）

CLR输入为下降沿敏感，当CLR为低电平时，所有LDAC脉冲被忽略；当CLR激活时，所有输入和DAC寄存器加载零刻度，输出清零。

10. 内部参考源设置（R版本）

上电时片上参考源默认关闭，通过发送参考设置命令（111）并设置输入移位寄存器中的DB0可开启参考源。

五、应用信息

1. 使用参考源作为电源

由于AD5627R/AD5647R/AD5667R、AD5627/AD5667的供电电流极低，可使用电压参考源为其供电，尤其适用于电源噪声较大或系统电源电压非5V或3V的情况。

2. 双极性操作

虽然这些DAC设计用于单电源操作，但通过特定电路可实现双极性输出范围，输出电压范围可达±5V。

3. 电源旁路和接地

在电路设计中，为保证精度，应仔细考虑电源和接地布局。电路板应分为模拟和数字部分，电源应使用10μF和0.1μF电容旁路，且电容应尽量靠近器件。同时，应避免数字和模拟信号交叉，采用合适的布线技术。

六、总结

AD5627R/AD5647R/AD5667R和AD5627/AD5667这一系列nanoDACs凭借其低功耗、高分辨率、丰富的功能和灵活的操作模式，在众多应用领域展现出了强大的竞争力。电子工程师在设计过程中，可以根据具体需求选择合适的型号，并合理利用其各项特性，以实现高效、稳定的数模转换。大家在实际应用中是否遇到过类似DAC的使用问题呢？欢迎留言分享经验。